無涯切入點——無從下手的連續函數證明題

2020-12-06 別跡無涯

證明題無論是高考、還是考研,亦或是更深入的研究,都是一類棘手的題目。像哥德巴赫猜想,從1742年提出,距今已有300多年歷史,但仍然如迷霧一般籠罩在數學界。所幸的是,大家不用去證明這些世界性難題,不過這從客觀上反映了證明題的難度。

來看看下面這道證明題吧。

相信不少同學在看複習全書時,已經看到了這道題目,但你真的會做了嗎?下面請跟隨小編的思路去思考這道題吧!

乍看題目,條件和結論都很簡單,但是卻不知從何處下手,找不到切入點在哪裡。那麼在這種情況下,小編給的一個建議是:如果能圖形化表示的,可以通過畫草圖來理解題目說的到底是個什麼意思,並從草圖中尋找切入點!

圖1是小編根據題目的相關條件和結論畫的草圖。小編畫了圖1,就已經能夠想到解決方法了,你想到了嗎?

圖1.無從下手證明題示意圖1

如果還沒想到的話,不妨看看圖2.

圖2.無從下手證明題示意圖2

相信已經有不少人已經找到切入點了,沒錯,切入點就是題幹的兩個條件:函數f(x)在[0, 1]上連續,f(0)=f(1)。這兩個條件說明了函數在開區間(0, 1)上必存在最值,且最值點應落於(0, 1)內。然後利用連續函數的介值定理就可以得到證明了。

圖3顯示的是上述證明題的思路。

圖3. 無從下手證明題的思路示意圖

儘管解題方法得到了明確,但是若想拿滿分並不容易,下面小編給出解答過程,一定要注意小編標綠的地方,這些標綠的地方往往是大家忽視丟分的點。具體證明過程如下:

小編解釋下標綠的幾處地方:

(I)如果忘記是有界性與最大值最小值定理,那就不要把定理名稱標出,如果標的定理名是錯誤的,那必然會扣分。

(II)最值有可能是最大值和最小值,此處有必要申明假設為最大值,當然也可以假設為最小值,看個人偏好了。

(III)分端點取得最大值和開區間內取得最大值這兩種情況是有必要的,因為在兩種情況下,證明方法和具體證明內容都是不一樣的。

(IV)一定要先說明在最大值情況下,原命題成立,同時,「同理可證,如果存在最小值」這些話也必不可少。因為只有這樣,才能既總結說明前面的證明是基於最大值的情況,又可以說明類推最小值情況下,結論亦成立。綜合這兩種情況,原命題的證明才是完整的。

最後總結一點:在函數證明題中,一定要注意結合圖像來尋找突破口。通過化抽象為圖形,這樣不僅能夠更好地理解題幹條件和結論,同時圖形能夠直觀地說明結論,即為什麼滿足題幹條件,就能有題目中的結論!此外,由於函數方面定理較多,如果不記得全名,那就要麼不寫定理名稱,要麼簡寫,比如本文中用到了「有界性與最大值最小值定理」,那麼就可以簡稱為「閉區間連續函數最值定理」, 即從名稱上就能反映最值存在的條件:函數在閉區間上連續。

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